[发明专利]节水型太阳能燃气轮机与卡林那循环联合的热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及多能源互补技术领域，尤其是一种节水型太阳能燃气轮机与卡林那循环联合的热发电系统。

背景技术

目前与本发明相关的现有技术主要包括太阳能热发电技术、太阳能燃气轮机技术和卡林那循环发电技术，下面分别对以上三种技术进行描述：

1、太阳能热发电技术

随着环境问题的日益严重和化石燃料的日益枯竭，可再生能源的利用备受瞩目。太阳能以其独具的储量“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露的经济性等优势，终将在世界能源结构转移中担纲重任。

聚光类太阳能热发电(以下称太阳能热发电)，即利用聚光集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环持续发电的技术。世界现有的太阳能热发电系统大致有：塔式系统、槽式系统和碟式系统三类，其中槽式系统在20世纪90年代初期实现了商业化，其他两种目前处于商业化示范阶段，有巨大的应用前景。

抛物槽式太阳能热发电系统是利用槽式线聚焦抛物面反射镜达到聚光要求的太阳能热发电形式，槽式抛物面反射面对太阳能多进行一维跟踪，其聚光比在40至80之间，集热温度一般低于400℃。目前，抛物槽式太阳能热发电系统多采用导热油作为集热工质，低温导热油经油泵被送入到太阳能集热管，被加热到390℃左右，成为高温导热油，高温导热油依次通过蒸汽再热器、过热气、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳能传递到蒸汽循环中，产生370℃左右的过热蒸汽，进入汽轮机中做功，输出电能。但单纯的抛物槽式太阳能热发电系统受聚光比和集热温度的限制，进一步提高热效率、降低发电成本的难度较大。

塔式太阳能热发电系统通常采用双轴跟踪，其聚光比通常在200至700之间，系统最高运行温度可达到1500℃。经定日镜反射的太阳辐射聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热器中的热传输工质；蒸汽产生装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，完成电能输出。与抛物槽式太阳能热发电系统相比，塔式太阳能热发电系统的集热温度高，易生产高参数蒸汽，因此热动装置的效率相应提高。目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是，当定日镜场的聚光集热功率增大时，即单塔太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热效率随之降低。

蝶式太阳能热发电系统以单个旋转抛物面反射镜为基础，构成一个完整的聚光、集热和发电单元。采用双轴跟踪装置，其聚光比一般在1000至3000之间。吸热器吸收太阳辐射并将其转换成热能，加热吸热工质，驱动热机实现光电转化。蝶式太阳能热发电系统主要应用于分散式动力系统。

虽然太阳能热发电系统各有优劣，但太阳能由于能量密度低、不连续、蓄能难，造成太阳能利用率低下，开发利用程度受到严重限制。太阳能热利用与其他资源互补，特别是太阳能与化石能源互补，是目前解决太阳能利用率低、能量不连续问题的一个主要途径。

2、太阳能燃气轮机技术

太阳能燃气轮机系统用聚光式太阳能集热器与化石燃料互补加热压缩空气，然后送入燃气轮机做功发电。太阳能与化石能源互补可以保证透平入口温度稳定，避免了变工况运行，而且可以实现无储能24小时连续运行，省去了庞大昂贵的蓄能系统，相比单纯的太阳能热发电系统发电成本更低，效率更高。以水为工质的太阳能热发电系统由于做功蒸汽的冷凝，需要消耗大量的冷凝水。而以压缩空气为工质不仅耗水量可忽略不计，不需要维持高真空度的冷凝器，而且小型化的系统可以降低投资风险。燃气轮机的排气经过回热器给压缩空气加热后温度为200至300℃，已不适合用于驱动以水为工质的朗肯循环，直接排入大气会造成热量的浪费，不利于系统效率的提高，而且也是对环境的热污染。而且燃气轮机出功的一半以上要用于提供压缩机的耗功，严重制约了系统的发电量和系统效率。

3、卡林那循环发电技术

卡林那循环是由俄国人Dr.Alex kalina于80年代中期提出的，它以氨水混合物作为工质，在循环系统的不同地点氨水的浓度是变化的，锅炉内吸热过程采用浓度较高的氨水混合物，以使烟气的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的配合，最大限度的降低传热过程不可逆损失，做过功的蒸汽，在凝结放热过程则采用浓度较低的氨水混合物，使凝结过程压力略高于大气压力，汽轮机的低压部分及冷凝设备都不需要考虑空气漏入问题，也不需要维持冷凝器内的高真空度。此外氨水的相变温度低，使得卡林那循环可以利用以水蒸汽为工质的朗肯循环不能利用的低温热源，当卡林那循环用于联合循环的底循环时，可以把排烟温度降到较低的水平。但是当驱动热源温度较高时，为提高卡林那循环效率，卡林那系统往往需要更复杂的设计，因此投入也相应增加。而且由于氨水性质的限制，驱动热源温度不能太高。